51单片机定时/计数器相关知识点
结构组成
51单片机的定时/计数器中有两个寄存器：
- T0：低位：TL0（字节地址8AH）高位：TH0（字节地址8CH）
- T1：低位：TL1（字节地址8BH）高位：TH1（字节地址8DH）
他们的控制通过两个特殊功能寄存器实现， 其中：
- TMOD定时方式控制寄存器：确定定时/计数器的工作方式和功能
- TCON定时控制寄存器：管理T0，T1的启停、溢出、中断
两个定时器都有一根连接外部的引脚P3.4，P3.5，用于接入外部计数脉冲信号。
当软件设置T0或T1启动定时/计数器后，他们会由硬件自动运行。无需CPU干预，直到计数器溢出后才会通过中断让CPU进行后续的处理。
定时/计数器的控制
TMOD定时方式控制寄存器
以下是TMOD的寄存器组成：
下面是对其中每一位的说明：
| 位 | 符号 | 功能 |
|---|---|---|
| TMOD.7 | GATE | TMOD.7控制定时器1,置1时只有在 I N T 1 ‾ \overline {INT1} INT1脚为高及TR1控制位置1时才可打开定时器/计数器1。 |
| TMOD.3 | GATE | TMOD.7控制定时器1,置1时只有在 I N T 0 ‾ \overline {INT0} INT0脚为高及TR1控制位置1时才可打开定时器/计数器1。 |
| TMOD.6 | C/ T ‾ \overline {T} T | TMOD.6控制定时器1用作定时器或计数器，清零则用作定时器(从内部系统时钟输入)，置1用作计数器(从T1/P3.5脚输入) |
| TMOD.2 | C/ T ‾ \overline {T} T | TMOD.2控制定时器0用作定时器或计数器，清零则用作定时器(从内部系统时钟输入)，置1用作计数器(从T0/P3.4脚输入) |
| TMOD.5/TMOD.4 | M1 M0 | 定时器/计数器1模式选择 |
| TMOD.1/TMOD.0 | M1 M0 | 定时器/计数器0模式选择 |
定时/计数器的模式选择，其对应模式如下：
T1定时器：
| M1 | M0 | 模式 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 13位定时器/计数器，兼容8048定时模式，TL1只用低5位参与分频，TH1整个8位全用。 |
| 0 | 1 | 16位定时器/计数器，TL1、TH1全用 |
| 1 | 0 | 8位自动重装载定时器,当溢出时将TH1存放的值自动重装入TL1 |
| 1 | 1 | 定时器/计数器1此时无效（停止计数） |
T0定时器：
| M1 | M0 | 模式 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 13位定时器/计数器，兼容8048定时模式，TL0只用低5位参与分频，TH0整个8位全用。 |
| 0 | 1 | 16位定时器/计数器，TL0、TH0全用 |
| 1 | 0 | 8位自动重装载定时器,当溢出时将TH0存放的值自动重装入TL0 |
| 1 | 1 | 定时器0此时作为双8位定时器/计数器。TL0作为一个8位定时器/计数器，通过标准定时器0的控制位控制。TH0仅作为一个8位定时器,由定时器1的控制位控制 |
TCON定时控制寄存器
对于高四位：
- 定时器/计数器T1溢出标志。T1被允许计数以后，从初值开始加1计数。当最高位产生溢出时由硬件置“1”TF1，向CPU请求中断，一直保持到CPU响应中断时，才由硬件清“0”TF1(TF1也可由程序查询清“0”)。
- 定时器T1的运行控制位。该位由软件置位和清零。当GATE(TMOD.7）=0，TR1=1时就允许T1开始计数，TR1 = 0时禁止 T1 计数。当GATE (TMOD.7)）=1，TR1=1且 I N T 1 ‾ \overline {INT1} INT1 输入高电平时，才允许T1计数。
- 定时器/计数器T0溢出中断标志。T0被允许计数以后，从初值开始加1计数，当最高位产生溢出时，由硬件置“1”TF0，向CPU请求中断，一直保持CPU响应该中断时，才由硬件清“0”TF0 (TF0也可由程序查询清“0”)。
- 定时器T0的运行控制位。该位由软件置位和清零。当GATE(TMOD.3) = 0,TR0 = 1时就允许T0开始计数，TR0 = 0时禁止T0计数。当GATE (TMOD.3）=1，TRO = 0且 I N T 0 ‾ \overline {INT0} INT0输入高电平时，才允许T0计数。
低四位与中断有关，详细内容请见：51单片机中断相关知识
定时/计数器的工作方式
方式1
这里不介绍具体原理，读者知道以下几点即可：
- M1M0 = 01时，定时/计数器工作在方式1状态
- 这个状态下满计数值为216
- T1和T0两个定时/计数器在方式1方面没有区别
- 当C/ T ‾ \overline {T} T = 0时，为定时器工作方式
- GATE的作用实际上是是否设置外部引脚控制定时，如果它为0，那么定时/计数器的开与关只与TR的状态有关
- 当C/ T ‾ \overline {T} T = 1时，为计数器工作方式
- 处在计数器工作方式时，以该定时器对应的引脚的负脉冲作为计数信号
- 最高计数频率为(1/24)fOSC
关于定时/计数器的初值a与定时时间t的关系：
t
=
(
2
16
−
a
)
⋅
12
/
f
O
S
C
t = ( 2^{16} - a ) \cdot 12/ f_{OSC}
t=(216−a)⋅12/fOSC
因此，当时钟频率为12MHz时，方式1的定时范围为1~65536μs
计数器初值a与计数值N的关为：
N
=
2
16
−
a
N = 2^{16} - a
N=216−a
因此，方式1的计数范围为1~65536个脉冲
方式2
当M1M0 = 10 时，定时/计数器工作于方式2
需要知道的有：
- TLx（这里的x可以为0或者1，表示定时/计数器1或者0中的低八位寄存器）作为计数器，计满数值为28
- THx记录TLx的初值，当TLx满时，由硬件自动将TLx的值还原为THx中的值
- THx中的初值是由软件赋值的
定时方式2的定时时间t和计数初值分别按下式计算：
t = ( 2 8 − a ) ⋅ 12 / f O S C a = 2 8 − t ⋅ f O S C / 12 t = (2^8 - a) \cdot 12 / f_{OSC} \\ a = 2^8 - t \cdot f_{OSC} /12 t=(28−a)⋅12/fOSCa=28−t⋅fOSC/12
方式2可以产生非常精确的定时时间，适合作用于串行口波特率发生器
计数初值a与计数值N的关系为：
N
=
2
8
−
a
N = 2^8 - a
N=28−a
方式0
当M1M0 = 00 时，定时/计数器工作于方式0
需要知道的有以下几点：
- 方式0采用低5位TLx和高8位THx组成13位的加1计数器
- 满记数值为213
- 初值不能自动重装
- TLx中的高三位是无效的，可以为任意值
方式0的定时时间t与计数初值a分别按照下式计算：
t
=
(
2
13
−
a
)
⋅
12
/
f
O
S
C
a
=
2
13
−
t
⋅
f
O
S
C
/
12
t = (2^{13} - a) \cdot 12 / f_{OSC} \\ a = 2^{13} - t \cdot f_{OSC}/12
t=(213−a)⋅12/fOSCa=213−t⋅fOSC/12
计数初值a与计数值N的关系为：
N
=
2
13
−
a
N = 2^{13} - a
N=213−a
方式3
当M1M0 = 11时，定时/计数器工作于方式3
方式3与其他方式不同，方式3时，单片机可以组合出3种定时/计数器关系：
- TH0 + TF1 + TR1 组成带有中断功能的8位定时器
- TL0 + TF0 + TR0 组成带有中断功能的8位定时/计数器
- T1 组成的无中断功能的定时/计数器
